大尺寸超薄側(cè)光式LED背光源設(shè)計(jì)

引言

　　液晶屏自身并不發(fā)光，為了可以清楚地看到LED示屏的內(nèi)容，需要一定的白光背光源。背光源是存在于液晶顯示器內(nèi)部的一個(gè)光學(xué)組件，由光源和必要的光學(xué)輔助組件構(gòu)成。傳統(tǒng)的背光源采用的是冷陰極熒光燈（CCFL），色彩還原性差，含有對(duì)人體有害的汞蒸氣。LED背光源色彩還原性好、壽命長(zhǎng)、不含汞、有利于環(huán)境保護(hù)。就驅(qū)動(dòng)電路而言，傳統(tǒng)的CCFL背光驅(qū)動(dòng)線路十分復(fù)雜，要求上千伏特的驅(qū)動(dòng)電壓，利用專(zhuān)門(mén)的逆變器才能驅(qū)動(dòng)起來(lái)。而LED可以低電壓工作，響應(yīng)速度快，控制較為方便。近年來(lái)LED被逐漸引入到現(xiàn)有的液晶顯示技術(shù)中，背光源非常有可能成為下一個(gè)被LED壟斷的產(chǎn)業(yè)。LED背光源如果通過(guò)增加對(duì)比度、區(qū)域控制等手段，性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CCFL背光源。目前，LED背光源已經(jīng)在中小尺寸面板中普及，如手機(jī)、數(shù)碼相框等，隨著LED技術(shù)的發(fā)展和LED芯片的不斷成熟，LED液晶電視將可能逐步取代傳統(tǒng)的CCFL液晶電視。

　　背光源根據(jù)光源的位置不同分為直下式背光源和側(cè)光式背光源。直下式背光源，直接把LED光源放在出光面下面，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)一段空間距離和擴(kuò)散板的擴(kuò)散和混合后，成為面光源發(fā)射出來(lái)，直下式背光源需要一定的混光距離。而側(cè)光式背光結(jié)構(gòu)對(duì)超薄化的模塊設(shè)計(jì)則更具優(yōu)越性，隨著“超薄風(fēng)”的刮起，大尺寸超薄側(cè)光式LED背光源成為各大電視廠商及上游企業(yè)的研究熱點(diǎn)。

　　1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的LED背光源是側(cè)光式超薄結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)包括：LED燈條、驅(qū)動(dòng)板、膜材、導(dǎo)光板、散熱塊、上框架、背板。背光源采用白光LED，整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以Active Area的中心點(diǎn)為所有部件的設(shè)計(jì)中心，以液晶電視所用液晶屏的尺寸為前提，設(shè)計(jì)其它尺寸。綜合考慮電路設(shè)計(jì)及光學(xué)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先從UⅣOUT布局圖著手，表達(dá)整體機(jī)構(gòu)以及各部件相互之間的裝配關(guān)系，然后著手零件圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。上框架采用分段式設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)度方向上分段，避免長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)。燈條的出線端設(shè)置在背板的四個(gè)角處，減少繞線長(zhǎng)度。

　　2 光學(xué)設(shè)計(jì)

　　背光模組的作用是把點(diǎn)光源發(fā)出的光通過(guò)漫反射使之成為面光源。為了得到合格的面光源，首先要選擇合適的LED，本設(shè)計(jì)采用的是白光雙芯片LED。通過(guò)預(yù)設(shè)白場(chǎng)光度指標(biāo)，結(jié)合對(duì)液晶屏、光學(xué)膜等影響因素的研究分析，完成對(duì)整個(gè)背光源所需光通量的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算的光通量，結(jié)合LED的光學(xué)特性計(jì)算出所需LED的顆數(shù)。表1所示為所選LED的電學(xué)及光學(xué)特性。

　　表1 LED電學(xué)及光學(xué)特性

　　為了提高背光源的亮度，膜材結(jié)構(gòu)搭配為：一層擴(kuò)散片+一層BEF+一層DBEF。其中，擴(kuò)散片的作用是借擴(kuò)散物質(zhì)的折射與反射將光霧化，讓射出的光更加均勻：BEF的作用是將光線聚攏，使其垂直進(jìn)入液晶模塊以提高輝度：DBEF是利用原先被傳統(tǒng)吸收型偏光片吸收的50％的光線來(lái)增加亮度。導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)直徑為0.54～1.55mm.圖1所示為導(dǎo)光板的部分網(wǎng)點(diǎn)分布圖。

　　圖1 導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)分布圖

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　LED背光源電路設(shè)計(jì)主要包括燈條設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)，圖2所示為整個(gè)電路部分的結(jié)構(gòu)框圖。

　　圖2 電路結(jié)構(gòu)框圖